Vumetre 012c

Présentation

Vumètre stéréo 2 x 16 LED avec mémorisation des crêtes, basé sur un PIC 16F88 dont on n'exploite même pas les pleines capacités.



Comparé à ses deux prédécesseurs Vumètre 012a et Vumètre 012b, celui-ci se distingue par les points suivants :

• mémorisation des crêtes (durée environ 2 secondes)
• affichage en mode barregraphe et non en mode point (ça pourrait aussi se faire)
• redresseur audio sommaire intégré. Il est donc possible avec ce montage d'attaquer directement le circuit avec un signal audio d'amplitude suffisante (entre 0,5 Vcac et 5 Vcac, +6 dBu max, ajustage sensibilité prévu).

L'idée de concevoir et réaliser cette nouvelle version de vumètre ne m'est pas venue toute seule. Quelqu'un m'a contacté pour me demander si j'avais en projet de réaliser un vumètre stéréo avec mémorisation des crêtes, tel celui visible sur la page vumètre du site S-O-Web. Peut-être en effet qu'une mise à jour de la version stéréo 012b à 2 x 12 LED pourrait-elle...

Schéma

Par curiosité je suis allé voir en détail ce que voulait bien montrer l'auteur du vumètre en question. Cet auteur ne met pas à disposition le code source du logiciel de son vumètre (PIC 16F88 comme pour mon vumètre 012b) mais le schéma et les quelques explications que j'ai pu comprendre m'ont laissé entendre qu'il ne devait pas être très compliqué de partir sur une même base de fonctionnement. C'est donc ce que j'ai essayé de faire en écrivant un code logiciel à partir de zéro, et voici le résultat.

Etage d'entrée

Le redressement du signal audio stéréo appliqué sur les broches 1 et 3 du connecteur d'entrée J1/Audio-In est effectué de façon assez sommaire. Le boulot principal est assuré par les triplets D101/D102/C101 et D201/D202/C201. Les résistances R102 et R202 déterminent le temps de décharge des condensateurs C101 et C201 et par là-même le temps de relâchement des "aiguilles" lumineuses. Les diodes zener D103 et D203 de 5,1 V (j'ai mis des 4,7 V sur mon proto) limitent la valeur de la tension qui sera appliquée à l'entrée du CAN du PIC afin de ne pas le griller en cas de présence d'un signal audio de très forte amplitude. Le PIC est partiellement protégé mais les protections internes ont parfois leur limite. Les résistances R101 et R201 limitent le courant qui circule dans ces diodes zener si elles se mettent à conduire. Le potentiomètre RV1 permet d'appliquer une tension continue de la valeur désirée à la borne de référence haute du CAN du PIC (Vref+) et de décider en conséquence de la "sensibilité" à donner au vumètre. La procédure à appliquer pour son réglage sera donnée plus loin, mais on peut déjà dire que plus la tension de référence est élevée et moins le vumètre est sensible puisqu'il faut une tension d'entrée plus élevée pour allumer les mêmes LED.

Affichage

Toujours du multiplexage, mais différent toutefois de celui utilisé pour les deux vumètres précédents 012a et 012b. Ici on attaque les LED non plus de façon unitaire (une par une) mais par paquets de huit. Deux paquets de huit LED pour la voie gauche et autant pour la voie droite. Le PIC travaille de la façon suivante :
1 - acquisition et mémorisation tension continue sur entrée RA0/AN0
2 - acquisition et mémorisation tension continue sur entrée RA1/AN1
3 - comparaison entre nouvelles valeurs et anciennes valeurs pour traitement des crêtes
4 - affichage 1ère portion d'échelle de LED voie gauche (LED D1 à D8)
5 - affichage 2ème portion d'échelle de LED voie gauche (LED D9 à D16)
6 - affichage 1ère portion d'échelle de LED voie droite (LED D17 à D24)
7 - affichage 2ème portion d'échelle de LED voie droite (LED D25 à D32)

Correspondance Amplitude signal d'entrée / LED affichées

Ce qui est génial avec ce genre de montage, c'est qu'on peut définir les seuils qu'on veut pour chaque point de l'échelle d'affichage. Ici, j'ai adopté une échelle comprise entre -30 dBu et +6 dBu. Pourquoi ne pas descendre en dessous de -30 dBu ? D'une part parce que -30 dBu correspond déjà à un signal d'amplitude faible (environ 70 mVcac) et d'autre part parce que le redressement du signal audio est ici assuré de façon sommaire et passive avec une diode dont le seuil de conduction n'est pas annulé par un circuit spécifique. Même si le seuil en question est faible (environ 0,3 V pour un courant direct de 1 mA), il n'est pas nul. En théorie donc il ne faudrait même pas compter pouvoir afficher un niveau inférieur à -18 dBu. Ceci dit il me semblait intéressant de comparer les valeurs obtenues par simulation dans Proteus avec celles mesurées en réel, avec de vraies diodes. Car même si le seuil de conduction de la diode est affiché à 300 mV, je peux vous assurer qu'en fait elle commence à conduire bien avant... oui, à environ 100 mV.



Dans le tableau qui suit :

• la colonne Amp correspond à l'amplitude crête à crête du signal sinus appliqué à l'étage d'entrée
• la colonne In (1) correspond aux valeurs simulées dans Proteus
• la colonne In (2) correspond aux valeurs mesurées en labo (diodes utilisée BAT85, signal test = sinus 1 kHz).
• la colonne dBu correspond à la valeur notée en colonne Amp (référence 775 mVeff / 0 dBu)
• la colonne Num correspond à la valeur numérisée par le CAN 10 bits du PIC, pour une tension de référence haute de 4,1 V (0 pour 0 V et 1023 pour 4,1 V)

Il est amusant de constater que l'on a des valeurs réelles légèrement plus élevées dans les bas niveaux et que la tendance s'inverse quand on monte dans les niveaux élevés. Hum... même si on dispose d'un réglage de la référence haute du CAN, il ne sera pas évident d'avoir une haute précision à tous les niveaux... Je suggère de régler RV1 pour un niveau de 0 dBu venant d'un générateur de test, qu'en pensez-vous ?

Mémorisation des crêtes

J'avoue avoir passé un peu de temps pour savoir comment faire. Mémoriser une crête n'est pas compliqué du tout, mais il fallait aussi prévoir son reset automatique et son affichage. En fin de compte, l'ensemble des fonctions liées aux crêtes (détection, mémorisation, affichage et reset auto) ne demande que quelques lignes de code. C'est souvent comme ça : après avoir fini le boulot, on se rend compte qu'il suffisait de... Bah oui mais c'est bien sûr !

Procédure de réglage

L'affichage ne présentera rien de pertinent tant que le réglage du potentiomètre RV1 ne sera pas effectué. Ceci dit un réglage précis n'est pas obligatoire et deux modes de travail s'offrent à vous :

• Mode "mesure". Dans ce mode la valeur affichée par les LED représente quelque chose. Si vous voyez la LED 0 dBu s'afficher au plus haut, vous savez que le signal BF appliqué à l'entrée du montage est effectivement de 0 dBu. Pour bénéficier de ce mode il faut régler RV1 de telle sorte que la tension continue présente en son curseur (qui est aussi pour rappel celle appliquée à l'entrée Ref+ du CAN du PIC) soit de 4,1 V. Si vous disposez d'un générateur de signaux test, appliquez une sinus 1 kHz / 0 dBu (775 mVeff ou 2,2 Vcac) sur les deux entrées gauche et droite du vumètre et ajustez RV1 pour que les LED 0 dBu (D10 et D26) s'allume tout juste.
• Mode "décoratif". Dans ce mode on s'arrange pour que la LED du haut de l'échelle ne s'allume que lors des fortes crêtes de modulation, sans se soucier aucunement de l'amplitude réelle du signal BF. On règle pour que ça fonctionne bien et on profite au mieux de l'ensemble de l'échelle. Ce n'est pas une tare que de vouloir utiliser un vumètre pour décorer !

Alimentation

Le PIC 16F88 réclame une tension de +5 V, ici on utilise un régulateur de type "7805" (LM7805, MC7805, etc) pour l'obtenir. Comme il s'agit d'un régulateur de tension standard et non "faible chute de tension", la tension requise à son entrée doit être d'au moins 3 V supérieure, soit 8 V. Pour un fonctionnement optimal et pour ne pas avoir d'échauffement excessif du régulateur, utiliser une tension d'entrée comprise entre +8 V et +15 V (par rapport à la masse).

Extensions possibles ?

Toujours possible avec un peu d'imagination ou réels besoins.

• Le temps de relâchement (release) est normalement fixé par la valeur des condensateurs C101 et C201 ainsi que des résistances qui y sont placées en parallèle, R102 et R202. Mais il faut tenir compte aussi de l'impédance d'entrée des lignes d'E/S du PIC qui est loin d'être très élevée et qui se positionne en parallèle sur les résistances élevées R102 et R202. Résultat, le temps de relachement est globalement 10 fois plus court (plus rapide) que ce à quoi on pourrait s'attendre. En fait, supprimer les résistances R102 et R202 ne changerait sans doute pas grand chose au fonctionnement général. Cela fonctionne tout de même bien comme ça mais si cela vous pose un problème, il faut ajouter un AOP monté en suiveur de tension entre la sortie de l'étage redresseur et le PIC. Ce dernier doit être de type "rail-to-rail" et prévu pour fonctionner en basse tension.
• Mémorisation des crêtes : actuellement avec reset automatique au bout de 2 secondes, on peut aussi prévoir une mémorisation permanente avec reset manuel par bouton poussoir. Moi-même n'ai pas ce besoin et je préfère conserver l'automatisme.
• Choix du mode d'affichage "barregraphe" ou "point".
• Ajustage précis des seuils : on peut prévoir une procédure de configuration manuelle pour les seize seuils d'allumage des élements de l'échelle lumineuse et ainsi tenir globalement compte des défauts de l'étage redresseur d'entrée. Selon une procédure bien plus simple que celle adoptée pour mon vumètre 015 (complexité de ce dernier rendue nécessaire pour l'usage prévu qui n'est pas du tout le même).

Notez bien le nombre de lignes d'E/S libres sur le schéma actuel, il ne reste que RA5/MCLR. Si je devais l'utiliser, je choisirais la dernière option d'extension possible. Oui, je sais, on dispose aussi des 8 lignes du port B que l'on pourrait lire au moment de l'initialisation du système, juste avant de placer ce port en Sortie et que les petites LED s'animent. Mais cela ajoute 8 cavaliers et autant de diodes 1N4148. Pfff...

Prototype

Réalisé sur plaque à pastilles prépercée, étamée et bien pratique. Réglage (ajustage RV1) effectué avec un signal test sinus 1 kHz / 0 dBu et tests généraux (vérification absence défauts visuels flagrants style scintillements) réalisés avec la sortie casque d'un poste de radio FM - dont on sait tous à quel point la dynamique des émissions est grande, n'est-ce pas...



Comme vous pouvez l'imaginer, l'alignement des LED est toujours un vrai plaisir, surtout quand elles ne sont pas plaquées sur le circuit imprimé. Pour éviter de faire trop désastreux, j'ai commencé par fixer une entretoise plastique à chaque coin du circuit imprimé, afin de délimiter le retrait maximal des LED durant leur soudage. Puis j'ai essayé de m'appliquer un peu.



Bon, pas trop mal, j'aurais pu faire pire. Une fois les LED posées, restaient bien sûr les autres composants... et les fils de câblage !



Comme vous pouvez le constater, une petite section alimentation constituée d'un régulateur de tension intégré de type 7805 a été ajouté au circuit d'affichage. C'est tellement pratique, ces bestioles. Le potentiomètre ajustable bleu que l'on voit à côté du régulateur 7805 est RV1, on ne peut pas se tromper c'est le seul ajustable ! Ne soyez pas choqué si j'ai mis un 4,7 kO alors que le schéma montre un 10 kO. Vous aussi pouvez prétendre à ce petit écart de conduite.

Vidéo de démonstration

Une petite vidéo sans prétention et vite faite pour montrer la bête en action. Utilisation d'une de mes musiques, avec vumètre 012c placé à côté des vumètres de mon distributeur casques - pour "comparaison".



J'avais auparavant réalisé une autre vidéo avec quatre extraits de chansons différentes, mais quelques minutes après l'avoir postée sur YouTube, j'ai reçu un message m'informant que cette vidéo contenait une musique éditée par EMI et que je devais faire attention au respect des droits d'auteur. La reconnaissance automatique de contenu audio avait frappé. J'ai contacté EMI pour en savoir plus sur les conditions d'utilisation desdits extraits, et j'ai eu confirmation qu'ils pouvaient être utilisés à condition d'avoir l'accord des artistes et de la maison d'édition, et bien sûr... de payer quelques droits. Ce qui est tout à fait légitime, je ne conteste nullement ces conditions d'utilisation. Mais bon, pour une simple démo de fonctionnement de ce vumètre, j'ai préféré ne pas entamer de procédure d'accord et refaire la vidéo avec une de mes compositions.

Je dois dire que je suis content car ça a fonctionné du premier coup !

Non, je blague, bien sûr. Mes erreurs étaient les suivantes :

• Mauvais placement dans le code logiciel d'un paramètre lié à l'horloge du PIC dans le registre OSCCON, qui rendait le démarrage un peu long : il fallait attendre environ une minute à partir de la mise sous tension, pour que le vumètre daigne faire bouger ses petites lumières (le PIC tournait dans un premier temps à 37 kHz puis ensuite à 8 MHz).
• Oubli d'une masse. Oh, presque rien, c'est juste celle qui menait à la broche VSS du PIC.
• Mauvais câblage de deux diodes BAT85 sur les quatre que comporte le circuit de redressement. Je ne comprenais pas pourquoi ce circuit de redressement que j'avais testé peu de temps avant ne rendait plus rien sur ses sorties (à peine 18 mVdc pour un signal audio de 2,2 Vcac en entrée). Bah oui, j'avais fait le câblage de tête, et comme cette dernière me joue des tours en ce moment...
• Deux paquets de trois LED ne s'allumaient pas. Absence de soudure en deux points, ça se touchait presque... mais pas assez !

Non, pas d'autre erreur. Les LED 0 dBu et +1 dBu sont vertes parce que j'avais envie que ce soit comme ça. On peut bien se permettre un petit dépassement de temps en temps, tant qu'on reste dans le domaine de l'analogique, non ? Oups... aurais-je trahi mon manque de rigueur ?

Autres prototypes

Circuit réalisé ou en cours de réalisation, merci pour les retours.

Prototype de Julien

Réalisé comme le mien sur plaque d'expérimentation.

Prototype de Robert

Réalisé sur un beau circuit bien propre, avec des straps en lieu et place des fils de liaison volants requis avec ma version de CI.

  

Logiciel du PIC

Le fichier binaire compilé (*.hex) est disponible dans l'archive dont le lien suit, il a été créé par l'éditeur / compilateur MikroPascal dans sa version V5.0.
Vumètre 012c - Version stéréo 2 x 16 LED avec PIC 16F88 - 18/09/2011
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

Circuit imprimé

Réalisé en simple face avec quelques straps, mais je dois avouer qu'il ne me plait qu'à moitié. Pour tout dire, je me suis un peu dépêché et n'en suis pas très fier. A vos risques et péril.





Important : plusieurs liaisons doivent être effectuées en filaire car le circuit est assez dense au niveau des LED et je ne voulais pas me plier au double face. Vous pouvez effectuer ces liaison sous le circuit (côté cuivre, c'est ma préférence), mais ce n'est pas obligé. Il faut relier entre elles :

• les deux pastilles M1 (cathodes D1/D17 avec cathodes D9/D25, sur résistance R1)
• les deux pastilles M2 (cathodes D2/D18 avec cathodes D10/D26, sur résistance R2)
• les deux pastilles M2 (cathodes D3/D19 avec cathodes D11/D27, sur résistance R3)
• les deux pastilles M2 (cathodes D4/D20 avec cathodes D12/D28, sur résistance R4)
• les deux pastilles M2 (cathodes D5/D21 avec cathodes D13/D29, sur résistance R5)
• les deux pastilles M2 (cathodes D6/D22 avec cathodes D14/D30, sur résistance R6)
• les deux pastilles M2 (cathodes D7/D23 avec cathodes D15/D31, sur résistance R7)
• les deux pastilles M2 (cathodes D8/D24 avec cathodes D16/D32, sur résistance R8)
• les deux pastilles nommées ML1 (anodes D1 à D8 avec broche 1 du PIC)
• les deux pastilles nommées ML2 (anodes D9 à D16 avec broche 3 du PIC)

Ce qui fait en tout 10 liaisons filaires d'un point à un autre du circuit imprimé. Notez que toutes les pastilles entre lesquelles doit s'effectuer une liaison filaire sont de forme carrée. Les repères MR1 (anodes D17 à D24) et MR2 (anodes D25 à D32) sont notés sur le circuit imprimé (côté composants) mais les liaisons sont faites par une strap plus "conventionnel".

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi

Historique

24/02/2013
- Ajout photos prototypes Julien et Robert.
20/01/2013
- Ajout dessin de circuit imprimé (peut mieux faire, j'ai fait vite).
27/05/2012
- Ajout du régulateur de tension 5 V sur le schéma, qui reste optionnel si vous disposez déjà d'une source de tension de 5 V régulée.
25/09/2011
- Ajout vidéo démo sur YouTube.
18/09/2011
- Première mise à disposition du vumètre 012c stéréo 2 x 16 LED avec mémorisation des crêtes, à base de 16F88.